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基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究

作者:水利水電技術

摘 要:

在深入實地開展走訪調查和問題研究的基礎上,就黃河流域水沙調控與防洪相關問題,提出政策建議。由于現行涉水規劃依據的水沙條件和洪水設計成果同實際存在一定差距,需要根據新的邊界變化确定符合實際的水沙條件,及時修正洪水設計成果及防洪排程指令等,避免編制黃河防禦洪水方案或水沙調控方案時,将整個灘區劃為行洪、滞洪、沉沙區,并将北金堤與東平湖滞洪區納入滞洪區。科學治水方略應提倡“上攔下排、槽灘共治”,前者展現了1946年以來共産黨上司的人民治黃的成功經驗,後者強調了河道與灘區必須共同治理。應重視和支援黃河開展重點研發工作,進一步研究能夠直接促進黃河治理保護和高品質發展戰略實施效果的重大或關鍵性科技問題,如“三門峽工程輔助小浪底水庫防洪運用方式研究”,能在來沙大為減少條件下,将水庫運用方式調整提升,在秋汛與稀遇洪水來臨時,通過三門峽水庫限規模短期滞洪,與小浪底水庫聯合排程進一步控制黃河洪水,降低小浪底大壩和下遊防洪安全風險,為下遊人民生命财産和高品質發展提供減災保障;再如“下遊窄河段河道工程優化布局對過洪輸沙能力提升研究”,可利用鋼結構異型闆樁技術實作局部擴寬與改造,擴大窄河段過洪能力,在明顯改善黃河下遊防洪體系運作狀況的同時,確定窄河段“束水攻沙”效果。

關鍵詞:

黃河;治理;保護;水沙調控;防洪;高品質發展;

作者簡介:

張紅武(1958—),男,教授,國務院參事,博士,主要從事黃河治理研究工作。E-mail:[email protected];

*侯琳(1995—),女,博士研究所學生,主要從事治河防洪研究。E-mail:[email protected];

基金:

國家重點研發計劃項目(2016YFC0402500);

引用:

張紅武,李琳琪,彭昊,等. 基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究[J]. 水利水電技術( 中英文) ,2021,52( 12) : 60-68.

ZHANG Hongwu,LI Linqi,PENG Hao,et al. Study on related problems of the Yellow River based on the goal of high-quality development of the basin[J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52( 12) : 60-68.

0 引 言

近70多年來,黃河進入了全面治理、綜合開發的新階段,取得了世人矚目的成就,下遊伏秋大汛歲歲安瀾,全流域供水、灌溉、發電等效益巨大。但黃河畢竟是世界上最難治理的河流,而今治黃形勢依然嚴峻:下遊與甯蒙河段河道整治工程不完善,河勢依然不斷變化;黃河中遊來沙大幅度減少,下遊灘區土地遭水流嚴重沖刷坍塌後,很難再自然落淤還灘,導緻耕地面積不斷減少(見圖1、圖2);甯蒙河段主槽萎縮、河情惡化;黃河中上遊的林草植被修複緩慢,土地荒漠化和水土流失問題仍沒得到進一步解決。随着黃河流域及相關地區經濟社會的不斷發展,水資源使用率遠超過國際公認的30%~40%的水資源利用警戒線,流域廢污水排放量未受到有效控制,全流域近半河段的水體使用功能不達标,與人民群衆對良好水環境日益提高的要求存在明顯差距。

基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究

圖1 黃河辛店集控導工程下首對岸農田坍塌

基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究

圖2 黃河辛店集控導工程彎頂對岸近半年塌灘後退逾200 m

鑒于有高品質發展目标後的黃河水沙調控規劃與流域保護等問題更為重要且複雜,本文在深入黃河實地調研基礎上,進一步開展如下研究與探讨,以便為實作黃河流域生态保護和高品質發展提供參考。

1 黃河治理與開發規劃同洪水泥沙條件關系密切

1.1 水沙條件須客觀确定

黃河治理與開發等方面的規劃編制同其技術基礎尤其水沙條件關系很大。三門峽水庫60多年前泥沙嚴重淤積造成的深刻教訓就是對水沙條件缺乏清晰認識,進而低估了水土保持的長期性與艱巨性,高估了水土保持的減沙作用,進而對水沙條件缺乏清晰認識。而這些技術條件在規劃審查階段容易被忽視。現有規劃也包括确定黃河遠期來沙量和輸沙需水量,不少學者對不同條件的減沙量研究結果受到廣泛關注。依據來沙條件多以潼關站年均沙量為8億t甚至更大的沙量為基礎制訂規劃,同近20多年的實測資料差距越來越大(見圖3),大部分學者的研究結果或觀點也明顯少于該值。特别是在2008年的一次黃河項目讨論會上,著名水利專家甯遠根據2000—2007年的實測輸沙量資料敏銳地推斷,黃河來沙量已發生趨勢性變少,并認為年均“不過3~4億t”,甚至後來在古賢工程項目建議書評估會上又講到“潼關站年均輸沙量1億t左右今後可能會經常出現,我不反對上馬古賢水庫,但是運用方式以攔沙為主還是調水調沙為主應該認真研究”。2008—2020年潼關站實測資料年均值約為1.7億t, 與今年實測沙量值頗為接近,2014—2017年這4年果真出現了約為0.905億t的年均值。“十二五”期間,劉曉燕等學者對現狀梯田和林草植被在1966—2013年平均降雨情況下的減沙量為10.65億t, 折算至潼關約9.7億t,加上該團隊研究确定的“水庫和淤地壩同期實際攔沙量2.87億t/a”及灌溉引沙量0.44億t/a, 若以1919—1965年潼關資料統計的年均來沙量15.42億t近似作為潼關天然來沙量,就可以計算出潼關現狀每年來沙量為:15.42-9.7-2.87-0.44=2.41億t, 說明2014年已能夠預測潼關來沙量為2.41億t/a了,該結果對後來的研究頗有影響。若再計挖沙的減沙作用,來沙量無疑更少。近兩年學者的研究同實際也比較靠近。例如,胡春宏等預計未來50~100年,潼關站年均水量将逐漸穩定在210億m3左右,年均輸沙量将逐漸穩定在3億t左右;蔡蓉蓉等預測的潼關站年均徑流量為249億m3、年均沙量為3.1億t; 王光謙等預測潼關站輸沙量2020年左右到達最低點,未來10 a、20 a、50 a平均輸沙量分别為2.83億t、3.13億t和4.12億t。“十三五”國家重點研發計劃專項“黃河水沙變化研究”項目組預測的結論是:如果植被基本保持正向發展,考慮現狀壩庫攔沙和灌溉引沙因素,未來25~30 a内黃河中遊龍門等五站年均沙量大機率不超過3億t, 2070年後年均沙量為4億t左右。“十三五”國家重點研發計劃專項“黃河下遊河道與灘區治理研究”項目組預測潼關站未來30 a内年均沙量為2.2億t, 未來50 a内年均沙量為2.2億t以下(當時是2017年3月預測值,同此後2017—2020年4 a實測值接近,盡管2018年潼關站沙量3.73億t高于預測值,但若去掉萬家寨水庫的排沙1.38億m3和龍口、天橋水庫排沙以及河段沖刷量,天然來沙量仍然不大)。考慮到近幾年來流狀況,預測的年均徑流量為300~350億m3,比文獻[17]預測的年均水量240億m3大不少,但上限350億m3仍比今年來水量少幾十億m3。

基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究

圖3 黃河潼關水文站近25 a徑流量與輸沙量變化

[17] 胡春宏,劉曉燕,傅旭東,等.黃河水沙變化研究科技報告[R].北京:中國水利水電科學研究院,2021.HU Chunhong,LIU Xiaoyan,FU Xudong,et al.Scientific and technological report on water and sediment change of the Yellow River[R].Beijing:China Institute of Water Resources and Hydropower Research,2021.

近年來,當上中遊出現較大徑流量(如2020年潼關徑流量達470億m3)時,來沙量仍展現不出同水量的正比關系,反而有些呈反比關系(回歸輸沙量Ws與徑流量W的關系為Ws=100W-0.65),未來即使再有10~20 a的實測來沙資料加進去,也很難改變其定性趨勢。筆者分析認為,黃河年均沙量預測差異如此之大的原因,主要在于複雜的水沙方程求解過程出了毛病,不同學者求解來沙量時沒有采用相同的定解條件。若将研究時段1919—2020年分為三個階段,求解來沙量對應的定解條件相應為水保水利工程減沙作用明顯前(1919—1960年,可作為“自然狀态”)、水保水利工程減沙作用明顯後至退耕還林前(1961—1999年,可簡稱為“退耕還林前”)及水保、水利工程減沙作用明顯且退耕還林後(2000—2020年,可簡稱為“現狀”,已建成近6萬座淤地壩及大量小型保土蓄水工程,使黃土高原地區生态環境總體得到改善,甚至被認為已邁進山川秀美的新時代)。如果判定今後黃河流域水保、水利工程及退耕還林(草)措施依然加大力度實施,且在社會硬需求下,不管以什麼名義,未來采砂對減砂的貢獻不會少于1.5億t/a, 求解來沙量的定解條件應為“現狀”,依據本世紀的資料無疑給出來沙量不會呈增加的趨勢;在更長的時間尺度上看,如果忽視定解條件的明顯差異,就會給出“所取時間尺度越大預測的年均沙量越大”的不合理結果。再者,每年來水量有的以伏汛為主,有的以秋汛為主,對應的定解條件也不應相同,秋草葉更厚實堅韌,在疾風中搖曳低伏,根系固土抗蝕能力較大,一般情況下秋汛徑流量W跟輸沙量Ws的相關性不大,這就是上述近幾年兩者顯示不出正比關系卻有些呈反比關系的原因所在。另外,氣候變化引起降雨量與來水量呈周期性變化,受治沙工程影響較大的來沙量未必随之呈周期性變化,如果按以前資料回歸的沙量随水量增加而增加的趨勢,勢必無法推斷出合理預測結果。目前看,分析局限性較大的資料易誇大坡面植被改善以及産流能力降低對減沙的貢獻率,對淤地壩攔沙量的分析發現溝道工程減沙作用呈遞減趨勢,又易産生工程減沙難以持久的誤解。從該趨勢跟來沙量減小的趨勢相一緻的情況,即不難發現這實際都跟水保措施緻使産沙能力降低有關,灌溉“少來少引”泥沙,淤地壩與水庫同樣“少來少攔”。無論如何,在植被生物措施抵禦旱災等風險的能力較低的條件下,必須按照以工程措施改變侵蝕地理環境的治理思路,重視淤地壩的減沙作用。是以,應根據新的邊界變化确定符合未來實際的水沙條件,及時修正洪水設計成果等基本條件,按照符合黃河水沙實際變化的水沙設計成果,避免以洪峰流量偏大、重制期偏小的現有黃河設計洪水成果為基礎(主要受可靠性不強的曆史調查洪水資料影響較大所緻),減少設防最大洪水條件下确定的灘區被淹沒範圍。

1.2 規劃須采用合理水沙條件與洪水設計成果

在編制黃河流域相關規劃或者編制黃河防禦洪水方案、水沙調控方案時,經常習慣采用幾十年前的條件和成果制定防洪排程方案,不僅将整個灘區作為所謂的行洪、滞洪、沉沙區,而且還将北金堤與東平湖相關區域納入滞洪區中,直接影響黃河下遊相關地區的規劃布局。以涉及河南、山東兩省的北金堤滞洪區為例,按小浪底水利樞紐工程初步設計,該工程興建并與幹支流水庫聯合防洪運用,可将花園口防禦标準由60 a一遇提高到近千年一遇,特大洪水可不再使用北金堤滞洪區,并減少黃河下遊灘區的淹沒損失。前些年有專家認為現有按頻率推出的“千年一遇”是不可信的,小浪底至花園口非控制區的洪水估算精度更差,保留這個滞洪區對黃河下遊總會更安全些。這種似是而非的态度使北金堤滞洪區一直保留至今。豈不知從技術上給出“可将下遊花園口防禦标準由60 a一遇提高到近千年一遇”,“百年一遇洪水不使用東平湖新湖區滞洪”的結論,采用的花園口流量資料實際已反映了非控制區來流的貢獻,又是在引用偏大的調查洪水流量成果條件下并留有較大餘地後得出的,不同頻率洪水對應的流量較大。例如,洪水設計成果給出利津水文站5 a一遇洪水流量為8 000 m3/s, 10 a一遇洪水流量為8 200 m3/s, 但自1976年以來已45 a, 從來沒有接近7 000 m3/s的流量出現),再加上依據的重要水文資料并非為實測值(1958年洪峰流量是由水位延伸推出的[20],比實測的最大流量增大約30%),且資料還原過程也留有一定的餘地,水庫運用方式還有調整優化的空間,設計花園口流量一般會誇大伊河、洛河洪水的貢獻。例如,“82·8”洪水是三門峽水庫修建後黃河下遊出現的最大洪水,根據伊、洛兩河距彙合口較近的龍門與白馬寺水文站出現的洪峰流量分别為2 820 m3/s、6 250 m3/s, 相應合成流量為9 070 m3/s, 進而預報花園口洪峰流量為20 000 m3/s以上,而實際由于夾灘滞蓄洪等方面的影響,伊、洛河彙合後進入黃河之前的黑石關站測得最大流量僅4 110 m3/s, 以至于花園口實測洪峰流量隻有14 700 m3/s(後來整編為15 300 m3/s)。以上種種原因,洪水設計結果會誇大下遊各站洪峰流量值。此外,根據艾山站1958年過洪峰流量12 600 m3/s而并未使窄河段決口的實際狀況,且經過此後60多年對堤防大規模加高加強、對河道整治工程大規模布局修建,未來即使更大洪峰流量不啟用東平湖,在已能大力推廣鋼結構異型闆樁等系列治河新技術的情況下,仍可以確定山東河段防洪安全。現在下遊防洪排程系通過向東平湖分洪來控制艾山下洩流量不超過10 000 m3/s,這樣的排程方案顯然過于保守。

如果能将北金堤滞洪區與東平湖放棄分洪滞洪使用,通過在北金堤滞洪區局部設定平原水庫同時按位山攔河樞紐修建前狀況恢複黃河、汶河洪水進出東平湖條件及南四湖洪水入黃功能(相當于糾正1958年開工、1963年破壩的位山攔河樞紐對黃河帶來的負面影響),即能為黃河下遊增水并發揮水資源調配與生态修複作用,将給河南、山東兩省經濟社會發展與生态保護帶來的巨大效益。

2 規劃可靠程度是合理管控的先決條件

2.1 應避免技術依據不成熟帶來的問題

鑒于黃河治理與保護問題的複雜性,受專業技術發展水準所限,即便采用同一條件,編制的黃河專業規劃也未必相同。現以黃河下遊遊蕩型河段河道整治規劃中的治導線規劃為例加以說明。盡管目前的治導線規劃是在幾代黃河專家在已建工程限制下形成的基本流路與逐漸規劃的治導線基礎上修改而成的,但由于近年來黃河條件改變太大,加上規範條文不成熟,在整治流量随着洪水流量的減小而變小之後,整治河寬有所減小但又不能減的過多(主要是已建的大量河道工程當年依據的整治流量與整治河寬較大),比高效輸沙流量對應的河槽寬度大,再加上本來變幅很大的河灣半徑不易随之改變,這樣調整過渡段長度和上下左右的彎段位置,河道治導線規劃成果同實際就會有差距(見圖4)。以大留寺至周營河段為例(見圖5),受架設浮橋的影響,周營控導工程河中形成規模較大的心灘。治導線過渡段長度太長,同不少已建丁壩工程位置不一緻(表明治導線沒有充分利用現有工程),其中在周營控導工程上首,治導線避開了實際左側的主槽流路,而從規模較大的心灘通過,顯然是難以實作的。此外,大量耕地在整治線範圍内,說明所定整治河寬為1 000 m, 比已塌灘展寬20多年的主槽寬度還大不少。

基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究

圖4 東大壩至雙井河段2021年汛前河勢與規劃治導線

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圖5 大留寺至周營河段對原治導線(黑線)的修正(機關:m)

以“充分利用現有工程”“盡量貼近實際流路”為調整優化條件,李琳琪與筆者通過曲率半徑、中心角、圓心位置的優化,初步修正了治導線(見圖5中綠線),利用了較多的現有工程,同實際流路更為接近,減少了過渡段長度,顯然按此進行整治工程布局,河勢控導效果要提高得多。此外,筆者在确定黃河甯夏段治導線時發現,主流線符合連續彎道深泓線的變化規律,即在過渡段往往按對角線行走,在彎曲段大多貼近工程,為适應主流線的實際變化,設計繪制治導線的兩條平行線,過渡段按照平行四邊形比傳統的矩形更合理。是以,如果以現有同實際偏離較大的治導線規劃成果為依據,對河湖岸線管控相關内容進行執法管控時,難免會出現較多沖突,是以,除需對明顯存在問題的治導線進行優化修正外,應強調科學劃定河湖管理範圍,以便逐漸使河湖管理範圍的劃定具有科學性而減少人為性。

2.2 對黃河流域生态環境保護與修複的建議

黃河流域生态環境保護與修複涉及科學規劃與管控問題。鑒于黃土高原水土流失一直被視為黃河流域的重要生态環境問題,應繼續實施退耕還林(草)與防沙治沙。18年前,筆者不僅提出了黃河下遊寬河段治理的“兩道防線”方案,而且考慮到黃土高原千溝萬壑是泥沙的主産區,在這裡治了解決“沙多”問題後,“水少”對黃河下遊防洪就不再是不利因素,故建議通過機構改革,将下遊富餘的1萬多修防人員和可能堆放在下遊的巨量石料調整到黃土高原,全力治理千溝萬壑及修築“石埂堤田”。盡管典型溝壑區溝谷面積隻占總面積的少部分,但産沙量卻占産沙總量的大部分,充分說明在這些主産沙區修建治溝工程,對于黃河減沙是最易生效的。為避免出現淤地壩抗水毀能力低而産生的“零存整取”現象,尤其更要避免暴雨期垮塌而導緻人員傷亡,需要運用清華大學“鋼筋混凝土預制闆組合壩”專利技術,對淤地壩工程結構與除險加強技術進行提升,確定中遊顯著攔減入黃泥沙量的成果得到鞏固。筆者到延安等中遊地區調研了解到,當地群衆種植蘋果等經濟作物積極性很高,在目前生産力水準已今非昔比的條件下,利用施工裝置與修建擋土牆的方式,很容易将20°~30°的坡地改造成20°以下,客觀上起到了水土保持作用。國家禁止新劃入基本農田的類型之一即“坡度大于25度且未采取水土保持措施的耕地”,由于“開墾種植農作物”不應該比新劃入基本農田的要求高,還應按照該标準将限制條件進一步放寬。

野生動植物保護、水生生物保護等方面工作,相當程度上決定了黃河流域生态保護的成效。根據筆者實地調研了解到,目前在野生動植物及水生生物保護和水污染防治等方面仍存在一定不足,這兩方面的保護工作以及水污染防治方面相關工作,都應充分發揮黃河流域管理機構與當地政府的作用。

2.3 未來黃河下遊治理方略

治理影響百萬人生産生活的灘區絕不可簡單化,也不能像以往那樣走彎路。例如,十幾年前花費巨大财力物力建成的上億平方米房台、村台、避水台(人均達50 m2以上),近幾年大部分被拆,又以同樣的理由重建“大村台”。目前當務之急是在遭水流沖刷不斷坍塌後退的灘沿大力實施護灘治灘工程,還能維持河道穩定,由此達到槽灘共治的效果。再将灘區現存的道路加強提升成格提,否則,黃河下遊寬河段治理将永遠處于被動局面。

築堤是有效的防洪措施,單靠疏導河道很難治服黃河洪水,科學治水方略更不應将“堵”“疏”視為完全對立之舉,未來黃河治理方略應進一步突出“上攔下排、槽灘共治”。“上攔下排”展現了1946年以來共産黨上司的人民治黃的成功經驗,“槽灘共治”強調了黃河下遊治理必須遵循河道與灘區的共同治理的原則。實際上,國家重點技研發計劃專項“黃河下遊河道與灘區治理研究”項目研究論證了“槽灘共治”的必要性。亦即,需要利用鋼結構異型闆樁技術,在按照“平順護彎,以彎導流”的原則進行河道整治基礎上,按合理規劃有計劃在存在廣大基本農田的灘區實施護灘治灘工程,進而形成槽灘共治的局面,由此形成三堤(大堤、防護堤、格堤)共存的局面。故可稱黃河下遊寬河段治理方略為:“三堤共存、槽灘共治”。

3 針對黃河流域發展的科研工作應該加強

3.1 應該注重重大和關鍵科技問題攻關

為盡快實作黃河流域高品質發展的宏偉目标,國家需要進一步重視并組織全國科技力量大規模進行黃河治理與保護方面的重點科技研發攻關工作。特别是應大力開展能夠直接促進黃河治理保護和高品質發展戰略實施效果的重大和關鍵性科技問題研究。如“黃河長治久安的方略研究、未來水沙條件及設計洪水的科學确定、三門峽工程協助小浪底水庫防洪運用方式研究、全河建構水沙調控體系關鍵工程作用研究、河道和灘區綜合提升治理研究(包括防護堤布局與合理的灘區滞洪範圍)、甯蒙河段治理對策、上中遊生态修複及持續攔減泥沙的技術途徑(包括提升淤地壩結構與除險加強技術)、下遊窄河段河道工程優化布局對過洪輸沙能力提升研究、下遊分滞洪區功能改變的條件研究、黃河口三角洲生态修複與穩定流路的技術支撐研究、外流域濟黃——‘川水濟黃、藏水補川’乃至‘藏水遠期濟黃’”等亟需攻關的重大課題。

3.2 關鍵技術攻關課題舉例

首先以“三門峽工程協助小浪底水庫防洪運用方式研究”為例,說明課題意義重大。在來沙已呈減少趨勢下,國家未來将繼續重視退耕還林(草)措施及其他水利水保工程攔減泥沙手段,三門峽入庫沙量必然越來越少,來水來沙條件大為改觀,可将該水庫的運用方式調整提升,在來沙較少的秋汛洪水入庫時,含沙多寡已不是沖突的主要方面,應讓三門峽水庫靠前攔調洪水,提早向非汛期蓄水位過渡,尤其稀遇大洪水來臨時,通過限規模短期滞洪,幫小浪底水庫在最高允許水位下預留庫容,降低小浪底大壩高水位安全風險,将洪水錯開下洩,助其進一步控制黃河洪水,完善下遊防洪減災體系,為下遊人民生命财産和高品質發展提供防洪安全保障。其作用至少為:(1)提高調水調沙效率,有利于降低下遊懸河隐患;(2)提高灘區的防洪标準,保護下遊灘區群衆生命财産和生産設施;(3)可降低花園口百年一遇以上洪峰流量,減輕下遊防洪壓力;(4)可在合理洪水設計成果條件下,黃河發生萬年一遇洪水時不使用北金堤與東平湖滞洪區;(5)有助于建構黃河中下遊地區現代水網體系,對水資源發揮優化配置作用;(6)中遊減沙規模若使潼關年均沙量少于1.3億t呈常态化時,會引起黃河口岸線蝕退等生态問題,可通過三門峽水庫排沙設施改造與調控作用,為下遊及河口供沙,同時恢複自身庫容。

再以“下遊窄河段河道工程優化布局對過洪輸沙能力提升研究”課題為例進一步說明問題。黃河下遊陶城鋪至利津河段長307 km, 堤距0.45~4 km, 平均縱比降約為0.1‰,常稱為“山東窄河段”。這段在1876年才基本築成的河堤,屬于1855年銅瓦廂決口黃河改東北走向在山東境内借大清河入渤海後,清代靳輔、陳潢聯手按明代潘季馴“束水攻沙”治黃方略大緻沿大清河兩岸修建而成的。特别是人民治黃以來兩岸堤防逐漸強化,不少處堤距過小,并過多修建了大批險工及控導工程,進而形成“限制性彎曲河段”,出現不少阻水嚴重的卡口河段。例如,陶城鋪至李營河段,河道長60 km, 左岸險工毗連,右岸為泰山餘脈的長平山區,河道最窄處為艾山段的井圈險工13壩至外山腳,洪水期河寬僅275 m; 再如,濟南北店子至霍家溜是山東黃河防洪重點河段,不僅堤距小,其中曹家圈鐵路大橋處河寬僅444 m, 而且還出現不少堤線急彎之處,這多是一些工程布局不妥所緻,如霍家溜上遊對岸的周孟護灘工程等,将大溜強硬逼向對岸,人造“橫河”“斜河”,主流帶寬度大為減少,容易把對岸沖垮;再者,東營麻灣至利津縣王莊長30 km的河段,堤距一般約1 km, 最窄處利津小李險工處河寬僅441 m, 曆史上在此多次決口。堤線與河道工程不科學布局對行洪嚴重阻礙後,不去立即糾正,反而以窄河段過流能力不足為由設定分滞洪區,并給灘區加上過高的滞洪、行洪要求,顯然是曆史形成的不合理現象。

上世紀六七十年代,在當時黃河中遊缺乏控制性工程背景下,治黃部門曾試将窄河段展寬來擴大山東段洩流能力。例如,山東省黃河分洪道工程上司小組1977年7月送出了《山東黃河分洪道規劃報告》,其中的直接入海方案按艾山以下增加行洪5 000~15 000 m3/s設計。原水電部聽取彙報後,著名治黃專家吳緻堯等立即開展堤線計算等技術論證工作。而在黃河下遊防洪工程體系硬體較為完善且“峰高量小”的稀遇洪水經過水庫攔蓄後變得相對平穩的現狀下,不需要另辟通道,隻需通過局部擴寬即可大幅提升艾山以下窄河段過洪能力,具體利用鋼結構異型闆樁技術實作卡口擴寬,同時将窄河段内過分礙洪的所謂“控導工程”加以改造甚至拆除,可明顯改善黃河下遊防洪體系,在確定灘區治理成果的同時提高窄河段“束水攻沙”效果,以便改變“黃河治理開發以‘下遊’的名義、下遊治河防洪以‘艾山’的名義”之局面,對新時期治黃具有裡程碑意義。

4 主要結論

本文對黃河流域立法水沙調控與防洪的關鍵問題進行深入研究,得出主要結論如下。

(1)黃河來沙量已呈趨勢性變少,預測潼關站未來30 a内年均沙量為2.2億t, 未來50 a内年均沙量為2.2億t以下,考慮到近幾年來流狀況對預測值修正後,年均徑流量為300~350億m3。因為20世紀不同時期對黃土高原幹預影響由小變大,使水文資料的産沙背景存在明顯差異,若對資料不加甄别而直接統計,就可能給出預測年限越長、年均沙量越大的結果。且近些年對來沙貢獻不大的秋汛洪水頻發是黃河來沙量與徑流量之間呈反比關系的主要原因。為鞏固黃河治理已有的顯著成效,必須按照以工程措施改變侵蝕地理環境的治理思路,發揮治溝工程的減沙作用。

(2)現行黃河規劃依據的水沙條件和洪水設計成果不成熟,直接影響規劃結論與防洪排程指令同實際的符合程度,亟需按照各種影響因素的變化,制訂符合實際的水沙條件和洪水設計成果,及時修正制約黃河規劃及防洪排程運作方案的基本條件。鑒于現有黃河設計洪水成果留有餘地過大,在組織編制黃河防禦洪水排程運用方式或水沙調控方案時,不應将下遊整個灘區視為行洪、滞洪、沉沙區,也不應将北金堤與東平湖相關區域列入滞洪區範圍,進而盡量少制約黃河下遊相關地區的保護與高品質發展。

(3)未來黃河科學治理方略應突出“上攔下排、槽灘共治”。“上攔下排”展現了1946年以來共産黨上司的人民治黃的成功經驗,“槽灘共治”強調了河道與灘區必須共同治理。尤其需要利用鋼結構異型闆樁技術,按照“平順護彎,以彎導流”的原則進行河道整治,同時在灘區實施護灘治灘工程,尤其要通過工程措施遏制灘沿坍塌後退勢頭,再将灘區現存的道路加強提升成格堤,故形成黃河下遊寬河段治理方略為:“三堤共存、槽灘共治”。

(4)為盡快實作黃河高品質發展的宏偉目标,必須重視并組織全國科技力量開展黃河重點研發工作,解決那些關乎黃河治理保護戰略實施效果的重大和關鍵性科技問題,如“黃河長治久安的方略研究、未來水沙條件及設計洪水的科學确定、全河建構水沙調控體系關鍵工程作用研究、河道和灘區綜合提升治理研究、甯蒙河段治理對策、上中遊生态修複及持續攔減泥沙的技術途徑、黃河口三角洲生态修複與穩定流路的技術支撐研究、外流域濟黃——‘川水濟黃、藏水補川’乃至‘藏水遠期濟黃’”等可改變治黃局面的關鍵課題。

(5)以上述“三門峽工程輔助小浪底水庫防洪運用方式研究”“下遊窄河段河道工程優化布局對過洪輸沙能力提升研究”兩個課題為例,說明了相關課題意義非常重要。前者在來沙條件大為改觀現狀下,将水庫運用方式調整提升,在常見秋汛與稀遇洪水入庫時,通過三門峽水庫限規模短期滞洪,即能幫小浪底水庫在最高允許水位下預留庫容,為小浪底大壩和下遊降低防洪安全風險;後者通過局部擴寬與改造來大幅提升窄河段過洪能力,重點将典型卡口擴寬,同時将過分礙洪的河道工程加以改造,即可明顯改善黃河下遊防洪體系的同時確定窄河段“束水攻沙”效果。

水利水電技術(中英文)

水利部《水利水電技術(中英文)》雜志是中國水利水電行業的綜合性技術期刊(月刊),為全國中文核心期刊,面向國内外公開發行。本刊以介紹大陸水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護,以及水利水電工程的勘測、設計、施工、運作管理和科學研究等方面的技術經驗為主,同時也報道國外的先進技術。期刊主要欄目有:水文水資源、水工建築、工程施工、工程基礎、水力學、機電技術、泥沙研究、水環境與水生态、運作管理、試驗研究、工程地質、金屬結構、水利經濟、水利規劃、防汛抗旱、建設管理、新能源、城市水利、農村水利、水土保持、水庫移民、水利現代化、國際水利等。

基于流域高品質發展目标的黃河相關問題研究